安培力 磁介质中地磁场.ppt

* 金属导体 三、霍耳效应 实验测定霍耳电势差： 1897年美国物理学家霍耳 发现：对应图中沿Z方向 有电势差。这种现象称为 霍耳效应，这电势差称为 霍耳电势差。 霍耳系数 可以用带电粒子在磁场中受力解释， 精确的解释只能用电子的量子理论。 8.5 带电粒子在磁场中的运动 金属导体 以导体内部的载流子为自由电子为例： 自由电子受的磁力： 方向：向上 A B 在导体两侧(图中上下)出现电荷积累，由此 形成一附加电场，方向向上。其对电子在上 侧的积累产生阻碍作用，即电子受到的附加 电场力为： 当Fm=Fe时，电子不再漂移，结果在导体上下两 侧形成一横向电势差： 若载流子的浓度为n ,则电流为： 两端的电势差： 即可得霍尔系数： 一般地： RH 决定载流子的正负，实验 测定霍尔电势差，就要判断 载流子的正负。 金属导体 霍耳效应的应用： ?判定导电机制 ?测量未知磁感强度 因为： 此系数决定于载流子的正负，因此实验测定霍耳 电势差，就可判断载流子的正、负。 对半导体，用这个方法判定它是空穴型还是电子 型导电，还可确定载流子的浓度。 I 8.5 磁场对电流的作用 本节研究的是磁场对载流导线、载流线圈的作用。 F 无外磁场时，在外加电场的作用下， 自由电子以匀速运动，形成电流。 有外磁场时，自由电子受洛仑兹力 的作用，使电子的动量发生变化， 大量电子与金属晶格点阵的不断碰 撞，在宏观上就表现为导线的受力， 这种力被称为安培力。 一、磁场作用在一段载流导线上的安培力 以导线中的载流子：即沿 I 方向运动的粒子为例。 I S 设：载流子密度为n 每个电量为 q 且都以同一速度v运动 如图电流元所受的洛仑兹力为： 而： 一段载流导线 受的安培力： 例1 在均匀磁场中放置一半径为R的半圆形导线，电流强度为I，导线两端连线与磁感强度方向夹角?=30°，求此段圆弧电流受的磁力。 ?=30° 解：在电流上任取电流元 场均匀 方向 在均匀磁场中，任意形状的一段载流 导线所受的安培力，都可以写成 ： 这安培力除与 ， 有关外，只和导线 的两个端点位置有关，而与导线的长度和 形状无关。 例2 如图 长直导线过圆电流的中心且垂直圆电流平面 电流强度均为I 求：相互作用力 解：在电流上任取电流元 (在哪个电流上取？) 二、磁场(均匀)作用在载流线圈上的磁力矩 线圈平面与 方向成任意角 a(b) d(c ) a b c d 二者大小相等，方向相反， 但不在一条直线上，它们 形成一力偶，则这一力偶 所形成的力矩： 闭合平面线圈在均匀 磁场中所受的磁力矩 磁力矩总是力图使线圈平面转向与磁场垂直方向； 即：Pm 转向与 B 一致方向。 a(b) d(c ) 分析： 平衡状态 此时 M 最大 三、稳恒磁场中磁力、磁力矩的功 1、载流导线在稳恒磁场中运动时磁力所做的功 F 推导： 磁通量增量为： 当载流导线在磁场中运动时， I 保持不变，则磁力作功等于 电流乘以回路磁通量增量。 2、载流线圈在恒定磁场转动时磁力矩所做的功 a(b) d(c ) 载流线圈在均匀磁场中从 转到 当线圈从 转到 时，磁力 矩所做的功为： 、 表示线圈在 、 位置时的磁通量。 一个任意的闭合回路在磁场中改变位 置或形状时，磁力或磁力 矩所做的功 8.6　磁介质 当电流周围有物质存在时，磁场会使物质磁化，这样 磁化了的物质形成一附加磁场，影响原来的磁场。 把影响磁场的物质称之为磁介质。 一. 磁介质的分类 介质对场有影响 总场是 类比电介质中的电场 传导电流产生 与介质有关的电流产生 在介质均匀充满磁场的情况下 定义 介质的相对磁导率 顺磁质，使磁场增强； 抗磁质，使磁场减弱； 铁磁质，使磁场剧增。 介质的相对磁导率 二. 磁介质的磁化 磁化电流 1. 分子电流 分子磁矩 磁偶极子 介质中的磁导率为： 分子中所有电子的轨道磁矩和自旋磁矩 的矢量和称为分子的磁矩，用　 表示。 与 对应的等效圆电流称为分子电流。 2、电子的拉摩进动 -e 以电子的轨道运动为例 轨道运动磁矩： 轨道运动角动量： 两式比较，可得： -e 电子的轨道运动受到的磁矩作用， 磁力矩为： 具有角动量的物体在力矩的 作用下就要发生进动。这一 进动也等效为一种圆电流， 这种圆电流的磁矩方向总是 与外磁场方向相反。 所以电子在做轨道运动的同时又绕外磁场做 进动，这称作拉摩进动。拉摩进动产生一附 加磁矩 ，与外磁场 方向相反。 3、顺、抗磁质的磁化 ? 顺磁质分子是有矩分子，其具有固有磁矩 外